纤维增强水泥板外墙体系工程应用及分析

杨峥嵘，袁继雄

（汕头市政府投资项目代建管理中心，广东 汕头 515041）

0 引 言

广东以色列理工学院一期校区建设项目［1］的教学楼、办公楼、实验楼等建筑采用纤维增强水泥板外墙体系，其建筑风格跟以色列特拉维夫市的建筑有相似之处，是包豪斯建筑常采用的深、浅灰色为主色调的风格，搭配一定比例的玻璃幕墙，具有很强的现代气息，也得到以色列校方的认可，如图1所示。

图1 建设项目鸟瞰图

外墙有很多材料可以选择，如马赛克、各种瓷砖、石材、外墙漆等。但要达到这样的效果，用以下两种材料更有优势，一是灰色系石材板，采用国内应用较多的芝麻白石材；二是纤维增强水泥板中的深、浅灰色型号。这两种材料都具有很强的现代气息，也各有优缺点。本文通过项目应用实例，进行了分析和比较。

1 材料特点和比较

1.1 纤维增强水泥板的特点

纤维增强水泥板是由硅酸盐水泥、石英砂、植物纤维、天然矿物颜料等，经特殊工艺制造而成。其不含石棉，无放射性及其他有害物质，是绿色环保建材。其密度 1.67 g/cm3，导热系数 0.379 W/（m•K），其防火、力学、耐候等性能符合相关要求。

1.2 芝麻白花岗岩的特点

花岗岩呈细粒、中粒、粗粒的粒状构造，或似斑状构造，其颗粒均匀细密，孔隙小（孔隙度通常为 0.3 %～0.7 %），吸水率不高（吸水率通常为 0.15 %～0.46 %），有良好的抗冻功能。芝麻白花岗岩的硬度高，摩氏硬度约为 6，密度为 2.63～2.75 g/cm3。导热系数 2.6～3.6 W/（m•K）。芝麻白花岗岩的质地纹理均匀，颜色以白灰色系为主，而且其颜色相对变化不大，色差小，适合大面积的使用，也有深、浅灰色的石料可以选择。

1.3 纤维增强水泥板与芝麻白花岗岩的对比

这两种材料用于墙面材料时，纤维增强水泥板密度（1.67 g/cm3）是石材密度（2.63～2.75 g/cm3）的三分之二。因为石板材通过干挂片连接工艺的要求，干挂石材最少厚度要达到 25 mm，而纤维增强水泥板厚度 7～10 mm，约占石材厚度的三分之一。这样每块纤维增强水泥板只有石材重量的 1/5。由于重量大幅度减少，加工、运输、安装等都有很大的优势，可以节省工期，减低施工工人的劳动强度，甚至机械设备台班量也会减少。

纤维增强水泥板导热系数 0.379 W/（m•K）约为花岗岩 2.6～3.6 W/（m•K）的八分之一，保温性能较好。

纤维增强水泥板没有天然石材的纹理，但色彩丰富，可以定制各种丰富的色泽。本工程设计风格的特点，可以不需要石材的纹理就能表现设计的风格。其中科报厅采用了橘黄色，充分体现了色泽丰富的特征，如图2所示。

图2 科报厅采用了橘黄色水泥板

2 施工工艺分析

外墙铺贴有多种方式。常见的有水泥砂浆、粘贴胶等直接铺贴及干挂石材铺贴等。纤维增强水泥板外墙体系是在干挂石材体系的基础上进行了改进、优化。

2.1 湿贴法的问题

水泥砂浆、粘贴胶等直接铺贴的方式，由于温度变化、含水率变化等原因引起石材、砂浆的收缩率不同，会造成空鼓、开裂、脱离、甚至脱落等质量问题。受雨水侵蚀后会出现碳酸氢钙析出（泛白霜）或出现水渍，使墙面石材污染、变色、形成色差等质量通病。其保温隔热等节能性能也比较差。

2.2 纤维增强水泥板外墙体系工艺要求

本项目竖向钢架采用热镀锌方形型钢［2］。由于面板材料轻、方形型钢受力更合理。横向受力钢架也使用了方形型钢。纤维增强水泥板直接固定在横向的方形型钢上。纤维增强水泥板与钢架之间固定方式如下。

1）纤维增强水泥板厚度远小于 25 mm，无法用石材的干挂片连接工艺。

2）耐候粘贴胶抗剪力达不到要求，无法采用如铝塑板直接粘贴的方法。

3）由于力度控制及稳定性不能满足高要求的技术参数，无法采用螺丝固定的工艺。

最后纤维增强水泥板的连接采用了拉铆钉固定的方式［3］。拉铆钉比螺丝固定更稳固，不会脱离、松动。拉铆钉固定的缺点是钉头外露在板材的外面，可能会影响外观。采用与面板材相同颜色的铝合金拉铆钉，外露面的尺寸只有 1 cm 多，基本上对建筑物的外观影响不大。由于建筑物外墙有深灰色、浅灰色、橙色多种颜色，于是就选用了深灰色、浅灰色、橙色等多种颜色的铝合金拉铆钉。

干挂片连接工艺的优点是连接件没有外露，且干挂片有 1～2 cm 的调节能力。拉铆钉是直接固定在钢架上，因此没有了调节的余地，对钢架的平整、垂直度要求更高，误差要求在 1～2 mm 之间。拉铆钉固定的方式另外一个优点是倒挂时的安全性比干挂片的安全性更高，可以大面积的使用倒挂，更好表现外观效果，如图3所示。

图3 大面积的使用倒挂

2.3 墙面纤维增强水泥板的排版

墙面纤维增强水泥板的排版均采用 AutoCAD 进行深化设计，板材规格种类少，在工厂定制生产，减少现场材料损耗，提高板材利用率。

外墙面板的分割及处理按照参考设计的分割尺寸、比例的原则，按钢架的具体现场尺寸条件重新排版定制每一块墙面板，可以最大限度地避免设计尺寸与现场尺寸受施工误差、建筑物不同平立面之间对缝等因素的影响。

同一栋建筑物每个面之间以对缝处理，连体的过道连廊也要对缝，达到整体、流畅的韵律。分段排版，如架空层独立柱（材质断开）可另行分割，但比例要符合设计要求。比如包管后实际尺寸与设计尺寸是不同的，当然管的检修口依然需要留出。外露管道的做法会严重影响建筑物美观。还应该注意：现场尺寸准确、留缝、竖向及横向阴阳角搭接，门、窗、特殊孔洞、造型、与各种其它外墙材料搭接，防风及防水的处理的工艺要求等。

2.4 色差的问题

天然石材由于的属性不可能完全一样。有时就利用石材的纹理用对称布置显示纹理的风格，更好地体现建筑物风格。一些建筑现代感更强，需要顺纹处理外墙立面风格，也有均匀布置、乱纹布置、深浅布置、过渡色布置等。石材的表面处理有光面，可分不同的光度等级；有表层覆盖不同的透明或有色的覆盖层处理；有表面亚光面、大小麻面、各种方向处理形成的斧斩面等；石材自身还有色泽、透明性等可以利用，非常丰富多彩。

纤维增强水泥板由于是人工制造，呈现的属性符合设计的要求显示色泽、亚光性，跟瓷砖一样存在色差。乱纹铺贴要显示非规律性、非均匀性但同时又不能有太大的颜色集中等。同色铺贴基本上应考虑同色号在同一面的原则。太大的墙面一个色号不够用时，考虑接近色号处理过渡。如果横纹布置同一条纹上的一个色号，可以避免同一色号不够一个大面面积数量的问题。窗、孔洞造型多变的地方，色差问题表现不太明显。

另外，纤维增强水泥板材料是有方向性的，要注意按同一方向铺贴。金属板质地均匀也有方向性就是这个原理。同一块板材不同方向的反光反射略有不同，反应在颜色效果上有一定的区别，即也会产生一定的色差。

2.5 关于留缝及填缝

无论是石材面板还是纤维增强水泥板都有留缝的问题。留缝可有效解决各种板材收缩、结构变形产生的挤压、拉伸、扭曲造成的破坏。除了外墙面可以不是在同一个立面，可以有更多的板材搭接方式，如屋面瓦叠加方式，利用板材沟槽、交错、叠加避免雨水。从工艺简易性、可靠性、节约材料等要求板材更多用直接对接拼接，缝内填胶的方式。留缝在建筑风格上也是考虑的一个因素。

要发挥密封耐候胶的拉伸粘结性能、移位能力。缝隙填胶前除了要贴美纹纸胶带，还要塞填缝泡沫条。对板缝进行注胶时，注胶应均匀密实无流淌，边打胶边用专用工具勾缝，使胶成型后呈微弧形凹面 ，胶的施工厚度控制在 3.5～4.5 mm。在注胶时需要单方向施工，避免双向注胶施工，在进行垂直注胶时施工人员需要垂直作业，保证自下而上进行作业。注胶作业完成后，施工人员需要在注胶固化之前将节点的胶层进行压平处理。

防止密封耐候胶开裂要注意以下几个因素：

1）密封耐候胶固化不足或过早移动构件。密封耐候胶的固化一般是 48 h 或者更久，在密封耐候胶未完全固化前，移动构件就会造成密封耐候胶开裂。现场施工的接缝过早承受风压或承载引起接缝位移，也可能造成密封耐候胶开裂。

2）防止密封耐候胶三面粘结。不采用防粘性背衬材料或忽视防粘措施，极易使密封胶在接缝中形成三面粘结，当接缝位移时密封耐候胶不能自由伸缩，引起位移能力低下而过早开裂。这种情况造成的隐患是最容易忽视的问题。

3）实际工程接缝位移大于密封耐候胶的位移能力。计算失当、选材不合理或接缝制造尺寸误差过大等原因，造成接缝位移大于密封耐候胶的位移能力，必将造成接缝开裂的后患。

4）注意做好表面清洁。施工人员在进行注胶之前需要将注胶部位的杂物用丙酮及其他有机溶剂进行清洗。施工人员在使用清洁剂进行清洗时需要用两块抹布，第一块抹布蘸清洁剂对污物进行擦洗，然后利用第二块抹布将已经发泡的污物擦拭干净，在施胶前一定要保证表面清洁。

3 工艺创新

3.1 特种工艺拉铆钉

由于拉铆钉拉紧锚固时产生的压力可能会把纤维增强水泥板压伤、压裂。经分析，采取铝合金限位环（见图4）加上垫片的方法，可有效解决此问题。限位环高度与纤维增强水泥板厚度相同。固定纤维增强水泥板要有足够的施压固定面积，要采用大帽拉铆钉，如图5所示。

图4 限位环

图5 大帽拉铆钉

板的背面与钢架接触的地方贴 2 mm 厚垫片。这样既不损坏纤维增强水泥板又降低纤维增强水泥板与钢架间挤压力，同时避免了板与钢架间的位移、并起到防水作用。由于垫片的隔离及没垫片的区域与钢架是分离的，对温度的传导会进一步起到隔离作用。

3.2 钢架优化设计

对于纤维增强水泥板外墙体系，钢骨架标准应该是从外墙体往外依次为：墙体预埋钢板-连接竖向受力型钢的钢板-竖向受力型钢-横向受力型钢-纤维增强水泥板。优化后由原来的竖向与横向型钢交叉变成在同一个平面，如图6所示。

不同于石材干挂的连接方式，纤维增强水泥板面积较大的一些板除了需要上下连接固定，左右方向也可能有连接固定点。因此需要在横向钢架的平面上，即与纤维增强水泥板连接的竖向接缝后面增加竖向型钢（a）与纤维增强水泥板的连接固定（见图7）。优化后，左右方向的连接用竖向受力主型钢，可以节省竖向连接的型钢（a）（见图8）。优化后要求钢架安装精确度增加。竖向主型钢加密，即增加竖向主型钢的数量。当然，竖向主型钢的截面尺寸、厚度经过计算也会调节。

上下及左右相邻的两片纤维增强水泥板共用一个型钢，可以节约材料，因此设计成更宽更扁的方形型钢。由于相邻两片纤维增强水泥板固定在同一个方形型钢上，缝内托底用的材料更好固定。

图6 优化后的钢架

4 结 语

纤维增强水泥板外墙体系更适合现代建筑以及造型多变的建筑，在实际使用中，需要对其施工工艺进行改进，包括采用拉铆钉固定的方式、排版、色差、留缝和填缝相关的防水问题等，还有对钢架的优化设计，才能取得良好的外观效果和工程性能。本项目已获得省优质工程奖和三星级绿色建筑设计标识。

图7 优化前的构造图

图8 优化后的构造图